功率:对于某一元件,若元件采用关联参考方向,则功率元件消耗功率,反之则元件产生功率。
独立电源的功率:对于独立电源,其电压和电流通常取非关联参考方向,从而使得等于由独立电源供给所连接电路的功率。
戴维南定理:伏安特性为
诺顿定理:伏安特性为
联立上两式可以得到电源变换:
零输入响应:即电路中没有外界激励的响应。
利用拉普拉斯变换可以将含有微分或者积分的时间域中的运算转换为复频域中的代数运算。
在复频域中,零状态条件下的线性电子系统的输出响应与输入激励
之比
称为系统的传递函数或者简称系统函数。
可以表示为:
因为只有当极点在左半平面时,对应的时间域函数才可能随时间收敛,即系统能够稳定。
对于式,对两边的幅值取对数可以得到:
常数项:幅频特性为与横轴水平的直线,
时相频
,
时
;
非负实极点: 表示为:
纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。
本征半导体中空穴与参与导电的自由电子成对存在。
注意:导体中载流子只有自由电子一种,而本征半导体中空穴和自由电子均为载流子,均参与导电。
在黑暗、绝对零度条件下,本征半导体中自由电子数目为零,完全不导电;随着光照或温度上升,本征半导体被激发,部分价电子挣脱原子核的束缚变成自由电子,同时留下空穴。自由电子产生的同时也伴随着自由电子与空穴相遇以至二者同时消失,这一现象称为复合。在给定温度下,激发与复合达到动态平衡,使得在一定的温度下载流子的浓度一定。
通过扩散工艺,在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素,便可以得到杂质半导体,按掺入元素的种类可以分为N型半导体和P型半导体。
杂质半导体中载流子浓度掺杂浓度
原子浓度。
对于杂质半导体,多子浓度越高,少子的浓度就越低。多子的浓度可以认为约等于掺入原子的浓度,故其受温度影响很小。
P型半导体与N型半导体交界面处载流子相差极大,故会相互往对方扩散并与对方的多子发生复合,形成空间电荷区;空间电荷区内会形成内电场,抑制多子扩散并引发少子漂移,当二者达到稳定平衡时,即形成PN结
此时,空间电荷区具有一宽度,其电压为,电流为零。

正向导通方程:
齐纳击穿:高掺杂时,由于耗尽层很窄,不大的反向电压就会形成很大的反向电场从而直接破坏共价键,使得价电子脱离束缚产生空穴-电子对,电流急剧增大;
雪崩击穿:低掺杂时,若反向电压较高,耗尽层的电场会使少子加快漂移速度,从而与共价键中的电子碰撞导致其变成自由电子,新产生的电子与空穴又继续撞击其他电子,使得电流也迅速增加。
PN结的结电容为势垒电容与扩散电容之和
由于二极管存在半导体体电阻和引线电阻,故二者伏安特性有一定差异:
二极管存在开启电压,当二极管两端正向电压超过开启电压后电流才开始按指数增长,其数量级在
左右。
温度上升,二极管正向特性曲线左移,反向特性曲线下移。
主要有三种模型:
正向不定;
考虑了二极管的开启电压

交流电阻为伏安特性曲线上切线斜率,即:
限幅电路、半波/全波整流等
(以NPN型为例)
发射区:高掺杂浓度;
集电区:面积较大;
基区:宽度小,低掺杂;
共射直流电流放大系数:
共基直流电流放大系数定义为
如上图所示,有:
此时E结正偏,C结反偏,即:

E、C结均反偏:
此时E、C结均正偏,均为
级。
此时E结反偏,C结正偏,,
,此时
,
,
。由于发射结面积小,故电流和功率都会较低。
例子
![]()
由于,故
,故知
假设三极管处于放大状态,,确定
且
,即二极管确实处于放大状态,从而可以进行后续计算。
注意:当较大时,如
时,此时
,与前述假设矛盾,故此时二极管应当处于饱和状态(因为此时必然有
,而由上述矛盾可以知道
,即处于饱和状态)。
即管压降一定时基极电流与发射结压降之间的函数关系。其与PN结的特性曲线几乎相同,
增大时曲线向右移动,但当
时上述曲线右移十分不明显,几乎可以忽略。
以为例子:
此时认为发射结导通,E结正偏,
当时,此时
,
,即
仅与
有关。
实际上常常采用直流偏置的方法使用三极管进行放大。
以下以共射放大电路为例来论述
如上图,进行直流分析时,令输入信号为零,然后根据回路方程在左右两个回路中进行分析即可以得到回路方程:
设置静态工作点的目的在于使得输出信号不失真
如上图,静态工作点的分析略去。电路中是必要的,若没有
,静态分析时
,此时晶体管处于截止状态,故
是必要的。通过合适地选取
和
,才能得到合适的基极电流。
由于直接耦合共射放大电路中的存在会导致输入信号在其上有一定损失,故将其换为下述电路:
静态工作点的分析略。此时可以通过放置一直流电源等方法使得、
保持相应的静态工作点。如此便可有效避免对输入信号的损伤。
简而言之,耦合电容的作用就是隔直通交
对于直流通路,应满足:
电容视为开路;
电感线圈视为短路;
信号源视为短路但应保留其内阻;
对于交流通路,应满足:
大容量电容视为短路;
无内阻的直流电源视为短路;
按上述规则画出阻容耦合共射放大电路的直流通路即可发现,其静态工作点与信号源内阻以及负载电阻均无关,这是阻容耦合共射放大电路的另一优点。
在失真分析中运用较多,具体内容略。

推导过程略去,图中参数及其含义如下:
忽略内反馈以及c-e间动态电阻时可以得到如下图所示简化的h参数等效模型:
其中可以近似表示为:
利用h参数模型,容易计算得到共射放大电路的动态参数:
| 电压放大倍数 | 输入电阻 | 输出电阻 |
所谓稳定Q点,指的是在环境温度变化的时候静态集电极电流和管压降
基本不变,即Q点在输出特性坐标平面上的位置基本不变。
如上图,称为负反馈电阻。通常选取参数使得
,从而使得
基本稳定不变,从而通过直流负反馈使得静态工作点保持稳定。
若要使
得到满足,经分析可以得到当
时,此关系存在。
此时的静态工作点可以有下述估算:
而动态参数的估算如下:
项目 有旁路电容 无旁路电容 估算值 \ \
| 类型 | 静态工作点 | 放大倍数 | 输入电阻 | 输出电阻 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 共射 | ||||||
| 共集 | ||||||
| 共基 | ||||||
共射放大电路:既能放大电流也能放大电压,输入电阻在三种电路中居中,输出电阻较大,频带较窄,电流被反向放大。常作为低频放大电路的单元电路。
共集放大电路:只能放大电流不能放大电压,输入电阻最大()但输出电阻最小(
),放大倍数约等于(小于)1,故常称为射极跟随器。常用于多级放大电路的输入级和输出级,也常常用于连接两个电路起到缓冲作用。
共基放大电路:只能放大电压不能放大电流,输入电阻较小(),输出电阻和电压放大倍数与共射电路相当,常用于宽屏带放大电路。
(以N型为例)
主要是通过对的调整来控制结型场效应管的夹断情况,从而达到利用
控制
的效果。
定义:
可变电阻区:此时结型场效应管尚未夹开始夹断,曲线近似不同斜率的直线,斜率的倒数值等于d-s之间的等效电阻。故在此区域中可以通过改变的大小来改变漏-源电阻的阻值,故称为可变电阻区。虚线为预夹断轨迹,其上任意点均满足
,即
。
恒流(饱和)区:此时曲线近似为一条平行于水平轴的直线,利用场效应管作放大管时应使其工作于此区域。
夹断区:此时,
。
转移特性曲线描述当漏-源电压为常量时,漏极电流与栅-源电压之间的函数关系:
注意:为了保证结型场效应管栅-源间的耗尽层加反向电压,对于N沟道管,
,对于P沟道管,
。
工作原理略,其特性曲线与结型场效应管类似:
与
亦有近似关系:
原理:在绝缘层中掺入大量正离子,这样即使
,在正离子作用下P型衬底表层仍然会存在反型层,即漏-源极之间存在导电沟道。只要漏-源极之间加入正向电压,就会产生漏极电流。尽管N沟道耗尽型与N沟道结型的夹断电压均为负值,但前者可以在
正负一定范围内进行对
的控制,同时在栅-源之间保持较大的绝缘电阻。
开启电压:指
为一常量时,使
所需的最小
值,仅增强型MOS管有此参数。
夹断电压:指
为一常量时,使
的
值,结型MOS管和耗尽型MOS管有此参数。
饱和漏极电流:耗尽型管
时产生预夹断的漏极电流。
直流输入电阻:等于栅-源电压与栅极电流之比。结型管的直流输入电阻大于
,MOS管的直流输入电阻大于
。
低频跨导:
极间电容:主要影响高频信号。
(以N沟道增强型MOS管基本共源放大电路为例)
双电源接法:
对上图进行直流分析可以得到:
自给偏压电路:
如上图,静态时栅极电流为零,故上电流为零,故此时
由
分压式偏置电路:
如上图,推导过程略。
由的定义可以得到:
| 项目 | |||
|---|---|---|---|
| 共源 | |||
| 共漏 | |||
| 共栅 |
先如上图所示将输入信号分解为差模信号和共模信号
,由此,定义下述几种电压增益:
共模增益:
差模增益:
差动增益:
共模抑制比:
分解为单端输入:
因为
对于差模信号,中间水平连接导线可以从中接地;对于共模信号,中间水平导线可以视为断路(但不是接地)。
如上图,利用半电路法分别计算双端输出和单端输出的电压增益如下:
同理可以得到双端输出和单端输出的电压增益如下:
双端输出的交流性能:
单端输出的交流性能:
若忽略基极电流,由对称性不难得到:
忽略基极电流以及晶体管在基区电阻上的压降,利用发射结电压与发射极电流的近似关系可以得到:
如上图,同样忽略基极电流后可以得到
可以得到:
可以得到:
电压传输特性指的是输出电压与输入电压(即同相输入端与反相输入端之间的差值电压)之间的曲线/函数关系。
集成运算放大器的传输特性如下图所示:
可以看出,集成运放分为线性放大区(称为线性区)和饱和区(即非线性区,此时输出电压为恒定值,大小接近对应的电源电压na)。当没有外电路引入反馈时,称此时的电压放大倍数为差模开环放大倍数,记作。
通常运放的非常之大(
),故运放的线性区宽度(
)非常窄。